Instalatii Termoenergetice cu Cogenerare. Turbina cu Gaze cu Un Singur Ax

CAPITOLUL 7

S.C. CET S.A. Bacău

7.1. Informații generale

Persoană juridică română

Societate comercială pe acțiuni, înregistrată la Camera de Comerț și Industrie Bacău, cu numărul ORC J04/320/2002

Cod unic de înregistrare: RO 14639374

Capital social: 43.626 lei

Cont BRD Groupe Societe Generale – RO54BRDE040SV33916590400

Acționar unic – Consiliul Local al municipiului Bacău.

Societate in insolventa.

   S.C. CET S.A. Bacău deține în patrimoniu o centrală electrică de termoficare cu unități de bază, de vârf și de rezervă , prin transferarea din patrimoniul SC Termoelectrica SA București, în domeniul public al municipiului Bacău și în administrarea Consiliului Local, în conformitate cu prevederile Hotărârii de Guvern nr.104 din 7.02.2002. 
S.C. CET S.A. Bacău deține în administrare:

  Sistemul de termoficare urbană din domeniul public al municipalității, alimentat din centrala electrică de termoficare, cuprinzâd rețelele primare de transport, punctele termice și rețelele secundare de distribuție a energiei termice sub formă de apă fierbinte aferente;

10 centrale termice de cvartal și rețelele secundare de distribuție a energiei termice sub formă de apă fierbinte aferente (din domeniul public al municipalității).

Istoric

Istoria centralei începe odată cu demararea investiției « CET Bacău cu funcționare pe lignit » în anul 1984.

Execuția magistralelor pentru transportul apei fierbinți destinate termoficării urbane a debutat în anul 1989 în cadrul investiției « Conducte pentru termoficare urbană și industrială în municipiul Bacău » , fiind urmată în anul 1990 de începerea execuției racordurilor pentru alimentarea punctelor termice, în cadrul investiției « Conducte pentru alimentarea cu căldură a blocurilor de locuințe din municipiul Bacău » .

La 31 decembrie 1997 grupul nr.1 de 50MW din cadrul investiției « CET Bacău cu funcționare pe lignit » a fost conectat , în premieră, la Sistemul Energetic Național, iar in anul 1998 au fost puse în funcțiune magistralele de transport a apei fierbinți pentru termoficare urbană.

La 1 iunie 2002 centrală electrică de termoficare se transferă din patrimoniul S.C. Termoelectrica S.A. București, în domeniul public al municipiului Bacău și în administrarea Consiliului Local, și în patrimoniul societății S.C. CET S.A. Bacău în conformitate cu prevederile Hotărârii de Guvern nr.104 din 07.02.2002.

La data preluării, S.C. CET S.A. Bacău deținea în patrimoniu o centrală electrică de termoficare echipată cu surse de bază și de vârf și deținea în administrare sistemul de transport și distribuție a energiei sub formă de apă fierbinte care includea 36 de puncte termice .

În cursul anului 2003, 11 centrale termice de zonă au fost transferate de la S.C. TERMLOC S.A. Bacău în administrarea S.C. CET S.A. Bacău, ulterior fiind transformate în puncte termice.

În anul 2004, alte 5 centrale termice de zonă au fost transferate către S.C. CET S.A. Bacău , și transformate în puncte termice.

Începând cu 01.08.2005 , SC CET SA Bacău a devenit unicul furnizor de energie termică urbană din Municipiul Bacău , când 20 centrale termice de zonă și stațiile de hidrofoare aferente au fost transferate de la TERMLOC S.A. în administrarea S.C.CET S.A Bacău. Dintre acestea o parte din CT-uri au fost dezafectate, consumatorii aferenți fiind preluați de sistemul de termoficare, altele au fost transformate în puncte termice , rămânând în funcțiune după cum urmează:

în perioada septembrie 2005- aprilie 2006 au funcționat 17 CT-uri;

în perioada mai 2006- august 2007 au funcționat 15 CT-uri;

din septembrie 2007 au rămas în funcțiune 10 CT-uri.

În luna martie 2008 a fost pus în funcțiune grupul de cogenerare de 14 MWe, echipat cu turbină cu gaze și cazan recuperator de apă caldă, prima instalație de acest tip din țară.

Începând cu anul 2008, prin finalizarea lucrărilor de reabilitare a punctelor termice urbane, acestea funcționează automatizat , coordonarea funcționării fiind realizată de la nivelul dispeceratului de termoficare.

Echipa managerială

Producerea energiei termice

În baza licenței nr.506/31.07.2002 , Autoritatea Națională de Reglementare în domeniul Energiei a acordat permisiunea de exploatare comercială a unităților de producere a energiei termice în cogenerare;

          În baza licenței  nr.182/21.04.2008, clasa 2, Autoritatea Națională de Reglementare pentru Serviciile Comunitare de Utilități Publice a acordat permisiunea de exploatare comercială a centralelor termice de cvartal.

          În cadrul S.C. CET S.A. Bacău se realizează, în scopul comercializării, producerea de energie termică sub formă de apă fierbinte și abur industrial cu următoarele instalații :

Transportul și distributia energiei termice

TRANSPORT  ENERGIE TERMICĂ

Apă fierbinte 

 S.C.CET S.A.Bacău asigură transportul energiei termice produse sub formă de apă fierbinte prin rețelele termice de transport, bifilare (tur-retur) aferente sistemului de alimentare centralizată cu energie termică a municipiului Bacău. Lungimea totală a traseului rețelelor termice de transport  este de 30,7 km.

 Din rețelele termice de transport, sunt alimentate :

 57 stații termice (puncte termice urbane) aflate în exploatarea S.C.CET S.A. Bacău, prin care sunt alimentați consumatorii de tip urban și asimilați, puterea termică totală instalată în punctele termice fiind de  309,67 MWt.

10 puncte termice aparținând unor agenți economici, puterea termică totală instalată fiind de  21,07 MWt.

   Abur industrial

 Transportul și distribuția energiei termice livrate sub formă de abur industrial se realizează către 2 consumatori ( SOFERT și LETEA), lungimea conductelor însumând 5,77 km.

 DISTRIBUȚIA ENERGIEI TERMICE SUB FORMĂ DE APĂ FIERBINTE

  În punctele termice are loc schimbul de căldură între agentul primar din rețelele de transport și cel secundar din rețelele secundare pentru distribuția căldurii și a.c.c.

Punctele termice funcționează total automatizat și sunt conduse de la dispeceratul de termoficare.

Producerea energiei electrice

    În baza licenței nr.505/31.07.2002, Autoritatea Națională de Reglementare în domeniul Energiei a acordat permisiunea de exploatare comercială a unităților de producere a energiei electrice.

         În cadrul S.C. CET S.A. Bacău se realizează, în scopul comercializării, producerea de energie electrică cu următoarele instalații : 

Tabela 7.1. Instalații pentru producerea de energie electrică

Strategii de dezvoltare

 Asigurarea serviciului public de alimentare cu energie termică urbană a Municipiului Bacău în sistem centralizat se realizează prin sistemul de termoficare urbană și centrale termice de cvartal cu respectarea prevederilor licențelor acordate de autoritățile de reglementare în domeniu.

         Datorită necesității modernizării, reabilitării și eficientizării acestui serviciu public pe întregul sistem de producere, transport, distribuție și utilizare eficientă de către consumatorii urbani a energiei termice pentru încălzire și apă caldă de consum, luând în considerare reglementările UE în domeniu cât și politica Guvernului României, în anul 2003 Consiliul Local al Municipiului Bacău a aprobat prin HCL nr.192/30.06.2003 „STRATEGIA DE ALIMENTARE CU ENERGIE TERMICĂ A MUNICIPIULUI BACĂU PÂNĂ ÎN ANUL 2020”.

         Strategia a fost realizată de SC ATH ENERG SRL București la comanda SC CET SA Bacău și a fost reactualizată în anul 2006 și însușită prin hotărârea Consiliul Local al Municipiului Bacău nr.320/30.11.2006.

         Principalele obiective urmărite la elaborarea strategiei au fost:

restructurarea pieței de energie termică urbană prin transferarea consumatorilor alimentați din centralele termice de cvartal, transformarea centralelor termice în puncte termice, acolo unde au fost condiții tehnice și de eficientă economică și racordarea acestora la sistemul urban de termoficare, unde energia termică este produsă preponderent în instalații de cogenerare, cu program continuu de asigurare a  serviciului și cu realizarea unor tarife inferioare celor realizate în soluția centralelor de zonă, diminuând astfel cuantumul subvenției suportată de la bugetul local și bugetul de stat.  Rezultatul restructurării  a creat situația existenței unui singur operator pentru acest serviciu public;

renunțarea la utilizarea grupului energetic de cogenerare cu funcționare pe lignit cu capacitate supradimensionată de 343 MWcomb (IMA 1) , care necesită costuri de investiții ridicate pentru conformarea la cerințele  normelor de protecție a mediului (SO2, pulberi, evacuarea /stocarea zgurii și cenușii rezultate din arderea lignitului) , prin indentificarea unei solutii de promovare a cogenerării de înaltă eficiență, soluție care să elimine și caracterul sezonier al funcționării instalațiilor de producere a energiei electrice în cogenerare;

redimensionarea întregului sistem de producere, transport și distribuție conform unei cereri prognozate de energie termică urbană care să țină cont de ridicarea eficienței de utilizare a combustibililor prin reabilitarea termică a imobilelor, contorizarea individuală a consumatorilor, reducerea pierderilor din rețelele de transport și distribuție, utilizarea unor echipamente cu performanțe ridicate, cât și de automatizarea și monitorizarea întregului sistem.

      Strategia a fost structurată  pe măsuri și obiective de realizat pe fiecare subsistem în parte , în cadrul ei fiind executate o parte a lucrărilor:

Reabilitarea și automatizarea celor 34 puncte termice urbane preluate în administrarea CET Bacău în anul 2002;

Reabilitarea și  transformarea în puncte termice racordate la rețeaua de transport  a 20 centrale termice de cvartal preluate în administrate/concesiune în perioada 2002-2007;

Automatizarea și dispecerizarea sistemului  punctelor termice urbane;

Contorizarea branșamentelor consumatorilor ;

Racordarea unor noi consumatori;

Modernizarea stațiilor de hidrofor;

Instalarea grupului de cogenerare cu turbină cu gaze de 14 MWe.

        Municipiul  Bacău, prin documentația întocmită și propunerile de proiecte realizate de SC CET SA Bacău, a fost selectat între primele trei orașe care beneficiază de asistență Phare în vederea pregătirii unui proiect de mediu ce va permite accesarea unei finanțări comunitare în cadrul POS MEDIU, Axa Prioritară 3, a Programului Operațional Sectorial Mediu 2007-2013.

         Programul este intitulat astfel: “Reducerea poluării și diminuarea schimbărilor climatice, prin restructurarea și reabilitarea sistemului de încălzire urbană, pentru atingerea țintelor de eficiență energetică în Municipiul Bacău”.

         Master Planul a fost aprobat cu HCL nr.21/13.02.2009 de Consiliul Local al Municipiului Bacău.

         În Master Plan (MP) sunt cuprinse principalele lucrări de investiții necesare pe întreg lanțul producere-transport-distribuție energie termică și prioritizarea acestora astfel încât să se obțină: reducerea poluării,  eficientizarea utilizării energiei, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră, accesibilitatea prețului la consumatorul final .

          Prin HCL nr.344/23.10.2009 a fost aprobat Studiul de Fezabilitate (SF) și Analiza Cost – Beneficiu pentru proiectul ,,Retehnologizarea sistemului de termoficare din Municipiul Bacău în vederea conformării la normele de protecția mediului privind emisiile poluante în aer și pentru creșterea eficienței în alimentarea cu căldură urbană ‘’ finanțat prin Programul Operațional Sectorial Mediu – Axa Prioritară 3. Acest proiect se află în prezent în derulare.  

         Pe baza analizei sistemului de termoficare existent în Bacău și pe baza considerentelor strategice, în cadrul MP și SF  au fost analizate 3 scenarii ce cuprind 5 opțiuni diferite .  

           Analiza cost beneficiu a indicat soluția optimă,  respectiv sistemul centralizat de termoficare  și instalarea unui ciclu combinat gaz-abur de înaltă eficiență, cu capacitatea de 14 MWt și cca.10,8 MWe. Analiza cost-beneficiu a evidențiat și justificat documentat avantajele nete față de sistemul descentralizat.

         Întreaga documentația a aplicației (MP, SF, Analiza cost-beneficiu, Analiza Instituțională) a fost  elaborată cu asistență Phare de firme internaționale de prestigiu în domeniu ( Ramboll –Danemarca și Fichtner ). 

CAPITOLUL 8

Instalații termoenergetice cu cogenerare.Turbina cu gaze cu un singur ax

8.1. Date gerale despre instalațiile termoenergetice cu cogenerare

Sistemele termoenergetice cu cogenerare utilizează in mod inteligent căldura produsă prin ardere pentru a realiza doua sarcini în acelasi timp. Producerea de energie mecanică/electrică și pentru scopuri tehnologice sau de încălzire sau prepararea apei calde menajere. Ele sunt un caz aparte al instalațiilor cu cicluri combinate și nu constituie de fapt o noutate. Ele s-au construit și folosit de mai mult timp sub forma unor centrale electrice cu termoficare (CET), la care se urmărește producerea de energie electrică dar și furnizarea agentului termic pentru încălzire/ prepararea apei calde.

Energia electrică care se obtine în centralele termice cu cogenerare este folosita la antrenarea pompelor pentru recircularea agentului termic dintre centrala termică și consumatorul extern sau/și pentru furnizarea de energie electrică în sistemul național. Asemenea unități energetice mai sunt foarte utile și în industria de celuloză și hârtie, industria textilă, industria alimentară, etc. doarece asigură atât căldura necesară procesului tehnologic cât și energia electrică pentru functionarea unor utilaje tehnologice sau pentru iluminat. În acest mod se micșorează foarte mult cheltuielile energetice.

Sistemele cu cogenerare au inceput să se folosească din ce în ce mai mult în țările din nordul și estul Europei, iar în ultimul timp se folosesc și în SUA și Canada. Există și la Cluj-Napoca astfel de instalații, realizate de Regia Autonomă de Termoficare.

Importanța instalațiilor termoenergetice cu cogenerare este aceea că, gazele de ardere produse prin arderea combustibililor au tempereraturi foarte mari, deci prezintă un grad de transformabilitate mare a energiei interne în energie mecanică. Folosirea căldurii la acești parametri pentru producerea de abur tehnologic dar si pentru încălzire este însoțită de pierderi importante de energie. Acest lucru duce la o utilizare nerațională a unui "bun calitativ superior".

Înca o importanță deosebită o prezintă aspectele legate de protecția mediului. În general se încearcă îmbinarea avantajelor economice cu avantajele ecologice.Acest lucru fiind realizabil în instalațiile cu cogenerare, unde prin reducerea consumului de combustibil convențional sau utilizarea energiilor neconvenționale, se micșorează cantitatea de noxe (CO2, CO, NOx etc) degajate în mediul ambiant

8.2. Principalele componente ale turbinei cu gaze cu un singur ax

O turbină cu gaze este o turbină termică, care utilizează căderea de entalpie a unui gaz sau a unui amestec de gaze pentru a produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax o cantitate de energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Turbina cu gaze mai este cunoscută și sub denumirea de instalație de turbină cu gaze (ITG).

Din punct de vedere termodinamic o turbină cu gaze funcționează destul de asemănător cu motorul unui automobil. Aerul din atmosferă este admis într-un compresor cu palete, unde este comprimat, urmează introducerea unui combustibil, aprinderea și arderea lui într-o cameră de ardere. Gazele de ardere se destind într-o turbină, care extrage din ele lucrul mecanic, iar apoi sunt evacuate în atmosferă. Procesul este continuu, iar piesele execută doar mișcări de rotație, ceea ce pentru o putere dată conduce la o masă totală a instalației mai mică. Ca urmare, turbinele cu gaze s-au dezvoltat în special ca motoare de aviație, însă își găsesc aplicații în multe alte domenii, unul dintre cele mai moderne fiind termocentralele cu cicluri combinate abur-gaz.

Tabela 8.1. Principalele componente ale turbinei cu gaze cu un singur ax

8.2.1. Compresorul

Rolul compresorului este de a realiza comprimarea agentului termic (de obicei aerul). Se folosesc exclusiv compresoare cu palete.

Compresorul este se tip axial.

Compresoarele axiale au un raport de compresie pe treaptă mai mic, deci pentru un raport de compresie total dat trebuie multe trepte, deci agregatul rezultă mai lung, însă de diametru mai mic. Randamentul acestor compresoare este mai bun. Compresorul axial este folosit pe scară largă la turbinele cu gaze pentru toate turbinele pentru propulsia avioanelor, unde contează diametrul mic și randamentul bun, și toate turbinele energetice, unde contează randamentul bun.

8.2.2. Camera de ardere

Rolul camerei de ardere este de a realiza introducerea căldurii în ciclu prin arderea unui combustibil. Camerele de ardere au în interior o cămașă răcită cu aerul de diluție, cămașă care ecranează flacăra și protejează astfel corpul exterior al camerei. Aprinderea inițială se face cu o bujie.

8.2.3. Turbina

Principalele componente ale unei turbine sunt aducția de aer, unitatea demaroare, compresorul de aer în trepte cu palete variabile ale statorului, inelul de distribuție cu injectoare, camera inelară de combustie, turbina în trepte și canalul de evacuare.

Date tehnice

Turbinele cu un singur ax

Motoarele de tip Taurus Titan sunt turbine cu un singur ax.

Tabela 8.2 Date tehnice despre turbina

8.2.4. Reductorul

În cazul turbinelor cu un singur ax, reductorul este montat cu buloane pe carcasa aducției de aer a motorului. În cazul turbinelor cu două axuri, reductorul este montat cu flanșe pe capătul de acționare al generatorului. Unitatea este un angrenaj planetar de mare viteză cu două trepte ce are o viteză de ieșire de 1500 rpm (50Hz). Unitatea poate suporta suprasarcini instantanee de până la de circa opt ori mai mari decât valoarea cuplului de torsiune în condiții de lucru normale. Uleiul de ungere pentru reductor este preluat din sistemul de ungere al turbinei.

Date tehnice

Tip: Angrenaj planetar de mare viteză cu două trepte

Viteza nominală de ieșire: 1500 rpm

Figura 8.2 Reductorul

Tabela 8.3 Componentele reductorului

8.2.5 Generatorul

Generatorul este instalat pe structura de rezistență. Axul generatorului este cuplat la axul de mică viteză al cutiei de viteze.

Generatorul este răcit cu aer cu unul sau două ventilatoare, care aspiră aer din admisiile de aer laterale.

Deși se pot folosi configurații diferite de generatoare, generatorul standard de turbină constă în mod normal dintr-un generator trifazat cu roată magnetică într-o dispunere prin care este protejat contra picăturilor de apă, cu bobinaj atenuator și cu excitator fără perii conectat direct.

Dispozitivul este compus dintr-un generator principal (dispozitiv cu polarizare internă) și un excitator (dispozitiv cu polarizare externă).

Suplimentar sistemelor de comandă ale generatorului sunt necesare stabilizatoare de tensiune, dispozitive de protecție și alte instrumente.

Generatorul este destinat fie utilizării izolate sau în paralel cu rețeaua electrică, fie cu alte generatoare.

Generatorul: principalele componente, comune majorității producătorilor

Figura 8.3 Generatorul

Tabela 8.4 Elementele componente ale generatorului

8.2.6 Structura de rezistență

Ansamblul turbo-generator și elementele sale auxiliare sunt instalate în interiorul containerului izolat fonic într-o structură autoportantă. Structura de rezistență susține întregul sistem mecanic al motorului, inclusiv sistemul de ungere și cel de alimentare.

Baia de ulei este integrată în zona centrală a structurii.

Structura de rezistență, sudată integral, joacă și rolul unui bazin etanș de retenție care, în cazul spargerii băii de ulei, a unei țevi sau a altui element constructiv, poate reține întreaga cantitate de ulei sau alte scurgeri în interiorul incintei izolate fonic.

Structura de rezistență susține întreaga sarcină a ansamblului pe 6 sisteme de suspensie cu arcuri.

Containerul include sisteme de iluminare și de ventilație. De ambele părți ale acestuia sunt prevăzute uși pentru lucrări de întreținere

Ansamblul turbo-generator este protejat prin intermediul unor echipamente de detecție și de stingere a incendiilor, precum și cu un sistem de detecție a scurgerilor de gaze.

Cablurile de alimentare și conductorii electrici de joasă tensiune și de control sunt introduse în turbină prin conducte de cabluri.

Gabaritul ansamblurilor turbo-generatoare instalate, ce includ cadrul, containerul, turbina, generatorul și filtrele:

Tabela 8.5 Gabaritul ansamblurilor turbo-generatoare

8.3. Secțiune a unei turbine cu un singur ax

Figura 8.5 Secțiune a unei turbine cu un singur ax

Tabela 8.6 Parti componente ale turbinei cu un singur ax

CAPITOLUL 9

Sistemul de monitorizare a vibrațiilor

La lagărele turbinei:

nr. 1: senzor orizontal de proximitate ST1715

nr. 1: senzor axial de proximitate ST1716 (opțional)

nr. 2: senzor orizontal de proximitate ST1725

nr. 3: senzor orizontal de proximitate ST1735

La carcasa turbinei:

Traductor vertical de viteză ST1832

La carcasa reductorului:

Traductor radial vertical de accelerație ST1841

La lagărul capătului de acționare al generatorului:

Traductor radial vertical de viteză ST4210

9.1. Monitorizarea vibratiilor la cele 3 lagare

Figura 9.1 Vedere de ansamblu

Monitorizarea se realizează cu ajutorul senzorilor de proximitate (de vibrații) care transmit semnalul calculatorului central.Acesta transformă semnalul analog in semnal digital, acesta din urmă fiind citit de catre operator folosind un program special instalat in cadrul firmei.

Monitorizarea se realizează, pentru fiecare lagăr în parte, pe directiile x si respectiv y.

În sistem este implementat un sistem de protectie pentru vibrații si anume: dacă vibrațiile se apropie de punctul critic se declanșeaza alarma iar daca punctul critic este atins întreg ansamblul intră automat in shut down pentru a nu se crea defecțiuni iremediabile

9.1.2. Masurarea vibrațiilor la lagărul 1

Lagărul numarul 1 se află în zona reductorului de turații. Vibratiile se masoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP

Figura 9.3 Zona lagarului 1

Figura 9.4 Graficul vibrațiilor în lagărul 1

După cum se observă în acest grafic, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x erau de 15,30 uPP , iar pe direcția y de 13,40 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagarul 1, fiind la 75 uPP pentru declanșarea alrmei si respectiv 95 uPP pentru închiderea sistemului

9.1.3. Masurarea vibrațiilor la lagărul 2

Lagărul numarul 2 se află în zona compresorului de aer. La fel ca în cazul anterior vibratiile se masoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP

Figura 9.5 Zona lagărului 2

Figura 9.6 Graficul vibrațiilor la lagărul 2

După cum ne arată și graficul, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x sunt de 42,10 uPP , iar pe direcția y de 42,60 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagarul 2, fiind la 55 uPP pentru declanșarea alrmei si respectiv 75 uPP pentru închiderea sistemului

9.1.4. Masurarea vibrațiilor la lagărul 3

Figura 9.7 Zona lagărului 3

Lagărul numarul 3 se află în zona camerei de ardere (turbina). La fel ca în cazurile anterioare vibratiile se masoară pe direcțiile x și respectiv y folosind unitatea de măsură uPP

Figura 9.8 Graficul vibrațiilor la lagărul 2

După cum ne arată și graficul, la ora măsurării, vibrațiile pe direcția x sunt de 18,40 uPP , iar pe direcția y de 17,10 uPP

Vibrații se încadrează în limite normale, punctul critic, pentru lagarul 3, fiind la 75 uPP pentru declanșarea alrmei si respectiv 95 uPP pentru închiderea sistemului

Toate măsuratorile s-au făcut la o sarcina electrică a turbinei de 10551,00 kW

Figura 9.9 Sarcina electrica a turbinei